方法論視角下科學(xué)教學(xué)的實踐轉(zhuǎn)向探析

劉茂軍 朱彥卓

摘要： 科學(xué)實踐正在成為全球科學(xué)教育改革的熱門主題。從方法論的角度看，科學(xué)實踐在科學(xué)教學(xué)中的實施具有不同的層次性： 從教學(xué)哲學(xué)的層次看，它是一則教學(xué)思想，對科學(xué)教學(xué)具有理念上的指導(dǎo)價值;從教學(xué)設(shè)計的層次看，它是一條教學(xué)原則，起到聯(lián)結(jié)教學(xué)思想和教學(xué)實踐的作用;從教學(xué)實踐的層次看，它是一種教學(xué)方法，是科學(xué)教學(xué)的實踐形式。方法論層次性的視角有利于理解科學(xué)實踐的本質(zhì)，促進科學(xué)實踐的實施。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)教學(xué); 科學(xué)實踐; 教學(xué)思想; 教學(xué)原則; 教學(xué)方法

文章編號： 10056629（2022）02000305

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 科學(xué)實踐的“落地”須借助方法論的指導(dǎo)

2011年，美國出臺《K12科學(xué)教育框架》，提倡讓學(xué)生通過與科學(xué)相關(guān)的實踐來學(xué)習(xí)科學(xué)，在實踐中產(chǎn)生對科學(xué)及其知識體系的認識，這一框架初步確立了“科學(xué)實踐”（Science Practices）在科學(xué)教育中的首要地位（NRC， 2012）。兩年之后，美國發(fā)布《下一代科學(xué)教育標準》（NGSS）中“科學(xué)實踐”代替了之前的“科學(xué)探究”，成為首要的關(guān)鍵詞被列入該標準之中。這一轉(zhuǎn)向，一方面體現(xiàn)了教師對“教學(xué)探究”理解上的錯誤，在教學(xué)實踐中程序的固化、僵化，導(dǎo)致科學(xué)探究效果不佳;另一方面，強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)核心概念、跨學(xué)科概念過程中要主動建構(gòu)知識[1]，運用科學(xué)原理解釋、解決科學(xué)與工程實踐過程中的科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)問題或工程設(shè)計問題，倡導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家和工程師一樣“做科學(xué)”而不是之前的“學(xué)科學(xué)”[2]?？梢姡绹珜?dǎo)的科學(xué)實踐不僅指類似于科學(xué)家從事科學(xué)理論研究的科學(xué)探索活動，還指類似于工程師進行的科學(xué)設(shè)計、建造等工程設(shè)計活動[3]?？茖W(xué)實踐的提出得到了科學(xué)教育一線教師、學(xué)者們的廣泛關(guān)注。由于科學(xué)實踐在官方文件中被正式提出的時間相對較短，世界范圍內(nèi)的實踐并不完善，在我國科學(xué)教學(xué)實踐中的應(yīng)用更是寥寥無幾。

任何一個教育理念在教育場域中落地生根都需要借助一定的方法論指導(dǎo)。方法論是有關(guān)方法的理論，它處于方法系統(tǒng)的核心地位，方法論通過對現(xiàn)有方法核心思想和理論基礎(chǔ)的深入反思，運用新的思維模式建構(gòu)新的方法結(jié)構(gòu)，并為方法提供思維框架和行為指導(dǎo)。人類認識對象與方法的關(guān)系的多層次性、多類型性決定了方法論結(jié)構(gòu)的立體性[4]，一個完整的方法論體系包含著不同層次的、有機的認識整體。從縱向?qū)哟紊峡?，方法論由上往下可分為一般的方法論、特殊的方法論和個別的方法論[5]，分別對應(yīng)哲學(xué)方法論、科學(xué)方法論和具體學(xué)科方法論三種層次的方法論形態(tài)，這樣就構(gòu)成了一個復(fù)合、多維和完整的方法論體系。方法論體系的層次越高，對居于其下的層次越具有方法論的意義： 一般的方法論具有最高的普適性，對特殊和個別層次的方法論起宏觀指導(dǎo)作用。

依據(jù)方法論的層次性特點，我們可以將科學(xué)實踐放在縱向的框架中進行理解，以實現(xiàn)科學(xué)實踐在科學(xué)教學(xué)中的合理運用。首先，科學(xué)實踐體現(xiàn)了實踐哲學(xué)觀在科學(xué)教育中的應(yīng)用，是一種科學(xué)教育的思想或理念，是一種新的科學(xué)教學(xué)范式，因此，它具有一般方法論屬性，對科學(xué)教育具有一般性的指導(dǎo)價值。在這個意義上，它與哲學(xué)層次的方法論相對應(yīng)。其次，從教學(xué)設(shè)計的層次來看，科學(xué)實踐對科學(xué)教學(xué)具有直接的指導(dǎo)作用，是聯(lián)結(jié)教學(xué)思想和教學(xué)實踐之間的橋梁，是科學(xué)教學(xué)設(shè)計的基本綱領(lǐng)，此時它屬于科學(xué)教學(xué)的一般性原則，屬于特殊的方法論層次。最后，從科學(xué)教學(xué)實踐的層次來看，科學(xué)實踐強調(diào)學(xué)生手、眼、口、腦甚至腳、皮膚、身體軀干等身體及其部位、感官在學(xué)習(xí)中的積極參與，強調(diào)學(xué)習(xí)過程的“身體力行”，教學(xué)過程即是運用各種方法調(diào)動學(xué)生各種感官的協(xié)同參與，此時的科學(xué)實踐則是一類教學(xué)方法，在此層次上則屬于個別的、具體的教學(xué)方法。關(guān)系如圖1所示。

2 科學(xué)教學(xué)中實施科學(xué)實踐的方法論層次結(jié)構(gòu)及其內(nèi)涵

2.1 教學(xué)哲學(xué)層次的科學(xué)實踐： 一則教學(xué)思想

教學(xué)哲學(xué)是指導(dǎo)教學(xué)工作的理性反思，對于教學(xué)實踐具有最高層次的理論指導(dǎo)意義。從哲學(xué)的層次看，科學(xué)實踐首先是一個科學(xué)哲學(xué)的概念，屬于實踐哲學(xué)的范疇，是一則科學(xué)教學(xué)思想或理念。

科學(xué)實踐在科學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的興起，反映出人們對于科學(xué)本質(zhì)認識的深入發(fā)展。傳統(tǒng)的邏輯實證主義科學(xué)觀認為，自然科學(xué)通過客觀中立的觀察和實驗，經(jīng)由科學(xué)的邏輯推導(dǎo)，按照嚴格的邏輯程序從經(jīng)驗數(shù)據(jù)得到一般規(guī)則，從而形成一種認識自然的知識體系。認為自然科學(xué)具有獨立于認識主體的客觀性，與自然的本來面目相一致，與客觀自然規(guī)則相吻合，由此獲得的科學(xué)知識是普遍存在的客觀實在[6]。因此，在邏輯實證主義哲學(xué)觀中，科學(xué)知識具有嚴格的客觀性、精確性、邏輯操作性、經(jīng)驗可證實性等特點[7]。實證主義科學(xué)觀的廣泛傳播和認同，致使科學(xué)主義占據(jù)了社會主流地位，科學(xué)甚至被看作某種超出人類或高于人類的自然規(guī)律的本質(zhì)，導(dǎo)致人類對科學(xué)知識的過度崇拜，忽視了科學(xué)賴以產(chǎn)生和發(fā)展的人文背景。在這種哲學(xué)觀念之下，科學(xué)知識的傳授被奉為學(xué)校科學(xué)教育至高無上的宗旨。1960年代興起的后現(xiàn)代主義思潮，對實證主義科學(xué)觀進行了深刻的反思與批判。作為這一思潮的典型代表，?？?、庫恩、羅蒂等普遍認為人的因素和社會因素普遍存在于科學(xué)知識的建構(gòu)過程，這一過程大量滲透著非理性因素的影響和價值涉入。科學(xué)作為一種社會建制日益突顯出其社會性特征，人們逐漸意識到科學(xué)知識不再是純粹客觀的存在?？茖W(xué)社會學(xué)（SSK）也具有類似的主張，認為社會因素的“參與”改變了科學(xué)“作為知識”的單一內(nèi)涵，科學(xué)成為一種“社會情境”（social context）中的科學(xué)，倡導(dǎo)從社會維度考察人類的認知活動，揭示知識尤其是科學(xué)知識中的社會因素[8]。“作為知識的科學(xué)”開始轉(zhuǎn)向“作為實踐的科學(xué)”。

作為科學(xué)實踐研究的先驅(qū)，皮克林用“科學(xué)實踐”的概念取代了傳統(tǒng)的“科學(xué)知識”的概念。他認為科學(xué)本質(zhì)上是一種實踐活動和過程，是一項人類在歷史進程中創(chuàng)造性的活動[9]，是在社會實踐中各種同質(zhì)或異質(zhì)的文化因素相互影響、相互作用的結(jié)果，科學(xué)知識是客觀世界本質(zhì)與現(xiàn)象的某種主觀反映?？茖W(xué)實踐觀的另一位倡導(dǎo)者約瑟夫·勞斯認為，“實踐”與“理論”并不是相對的，理論化也是一種實踐，科學(xué)實踐是作為一種選擇來代替科學(xué)的認識論或者表象論概念[10]。在科學(xué)走向?qū)嵺`之后，科學(xué)將不再純粹是自然界的真實摹寫，科學(xué)理論創(chuàng)建過程中存在很多非理性、非邏輯的因素，以及主體的價值選擇、科學(xué)共同體背后的利益，等等[11]。在此過程中，科學(xué)也逐漸地轉(zhuǎn)變成一種文化，一種社會實踐，一項活生生的實踐活動，內(nèi)在于歷史和文化的實踐活動[12]。此時，科學(xué)教育的本質(zhì)，成為了一種融入社會文化、人文因素在內(nèi)的實踐性建構(gòu)過程。

在哲學(xué)層面的語境中，科學(xué)實踐的思想旨在打破傳統(tǒng)科學(xué)知識的純粹客觀性特征，開始注重人的因素、社會因素在科學(xué)中的滲透和參與。這就擺脫了由康德賦予自然與社會的兩分狀態(tài)，主張自然與社會之間的混合主體論，將主體、客體、自然、社會與理論、實驗等整合在一起。與之對應(yīng)，科學(xué)實踐理念下的科學(xué)教學(xué)不應(yīng)當(dāng)僅僅局限于科學(xué)的客觀性特征，科學(xué)的價值涉入致使科學(xué)教學(xué)不再“純粹”關(guān)注科學(xué)知識，科學(xué)理論優(yōu)位的傳統(tǒng)地位將被徹底打破，科學(xué)理論與實踐將走向“統(tǒng)一”。在這種理念下，科學(xué)教學(xué)從此不再與實踐脫離，而彌漫于形而下的“生活世界”之中。

2.2 教學(xué)設(shè)計層次的科學(xué)實踐： 一條教學(xué)原則

教學(xué)設(shè)計是教學(xué)理念與教學(xué)實踐之間的橋梁，它上承教學(xué)理念，向下則與具體的教學(xué)方法相關(guān)聯(lián)，有效的教學(xué)設(shè)計是科學(xué)實踐理念在教育實踐中順利實施的必要條件。教學(xué)設(shè)計既有一定的理論色彩，是一種具有理論性的教學(xué)指導(dǎo)方案;同時又明確指向教學(xué)實踐[13]，在教學(xué)過程中屬于“途徑選擇”階段。為了使理念更好地指導(dǎo)實踐，教學(xué)設(shè)計離不開教學(xué)原則的指導(dǎo)。教學(xué)原則是教育思想的歸納與概括，也是教育思想的執(zhí)行準則，受到教學(xué)目標的制約，它貫穿于教學(xué)設(shè)計的各個方面[14]。作為教學(xué)原則的教學(xué)實踐，對教學(xué)設(shè)計具有實踐性的指導(dǎo)意義。

在教學(xué)目標設(shè)計方面，注重科學(xué)理論與實踐結(jié)合的有效性。與靜態(tài)的、作為結(jié)果的科學(xué)知識、科學(xué)理論不同，科學(xué)實踐摒棄了傳統(tǒng)邏輯實證主義的科學(xué)觀，認為科學(xué)知識不再是“純粹”的客觀世界的表象，科學(xué)實踐更多是動態(tài)的、發(fā)展的，是科學(xué)知識和科學(xué)理論生產(chǎn)與再生產(chǎn)的過程[15]。與之對應(yīng)，這種理念指導(dǎo)下的科學(xué)教學(xué)目標，必須改變教學(xué)過程中對科學(xué)知識核心地位的推崇，改變理論優(yōu)位的傳統(tǒng)觀念，將科學(xué)理論與實踐統(tǒng)一于科學(xué)實踐的原則之中，在目標設(shè)計中體現(xiàn)出科學(xué)實踐本身就是科學(xué)教學(xué)的重要目標。

在課堂交往設(shè)計方面，注重學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)過程的體驗性?？茖W(xué)實踐理念下的科學(xué)學(xué)習(xí)，是一種仿真的、模擬的知識再生產(chǎn)，更多地屬于科學(xué)知識的學(xué)習(xí)與探索活動，立足于科學(xué)與學(xué)生的交互作用。這一過程需要學(xué)生在實踐中體驗科學(xué)，發(fā)展科學(xué)知識對于其自身的意義，它更多的是關(guān)注豐富多彩的活動過程而非“硬邦邦”的科學(xué)結(jié)論。因此，教學(xué)設(shè)計過程要注重學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗，要明確工具理性與價值理性、技術(shù)理性與超越理性都是理解科學(xué)的重要角度，引導(dǎo)學(xué)生從實踐的角度去理解科學(xué)，以豐富和深化學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，提升科學(xué)學(xué)習(xí)的有效性[16]。

在科學(xué)教學(xué)評價設(shè)計方面，注重學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的完整性。作為哲學(xué)概念的科學(xué)實踐，具有多重價值內(nèi)涵，涉及多重要素，相互交織在一起。以科學(xué)知識多寡為單一目標的評價，不符合科學(xué)實踐的基本原則。評價科學(xué)教學(xué)設(shè)計的有效與否，既要關(guān)注學(xué)生與科學(xué)的交往，引導(dǎo)學(xué)生認識多重價值涉入的科學(xué)本質(zhì)，提升科學(xué)理解能力;也要關(guān)注學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中與他人的交往和聯(lián)系，包括教師、同伴、家長、社區(qū)人員等，注重學(xué)生社會性的發(fā)展，從而構(gòu)架一個體現(xiàn)科學(xué)自身開放、多元互動、體系完整的科學(xué)教學(xué)過程[17]。

總之，以科學(xué)實踐為原則的教學(xué)設(shè)計，不再將科學(xué)教學(xué)設(shè)計為簡單的、機械的、靜態(tài)的、被動的學(xué)習(xí)和僅僅關(guān)注知識認知需求的過程，而是注重學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)活動、感受科學(xué)魅力、參與科學(xué)“再創(chuàng)新”的交往過程，從而架構(gòu)交往的感性與理性通道以提升實踐效果。

2.3 教學(xué)實踐層次的科學(xué)實踐： 一種教學(xué)方法

科學(xué)實踐哲學(xué)觀在科學(xué)教學(xué)中的實施離不開課堂教學(xué)，課堂教學(xué)是科學(xué)實踐理念的具體化和操作化過程[18]。不同的教育理念下，教師的教學(xué)實踐行為是不同的，表現(xiàn)為教師運用教學(xué)方法上的差異。教學(xué)方法本質(zhì)上也具有層次性[19]，從抽象的程度來看，教學(xué)方法由操作性教學(xué)方法、技術(shù)性教學(xué)方法、原理性教學(xué)方法三個層次構(gòu)成[20]。在科學(xué)教學(xué)的課堂教學(xué)實踐層次，科學(xué)實踐屬于操作性教學(xué)方法的范疇，我們可以暫且稱之為“科學(xué)實踐法”，它強調(diào)學(xué)生與科學(xué)之間的實踐性互動，引導(dǎo)學(xué)生全方位地“介入”科學(xué)[21]。

傳統(tǒng)的以教師宣講，學(xué)生記錄、記憶和運用科學(xué)知識為主要方式的科學(xué)教學(xué)，與科學(xué)實踐倡導(dǎo)的科學(xué)教學(xué)理念、教學(xué)方式格格不入?？茖W(xué)實踐理念下的科學(xué)教學(xué)，將科學(xué)視作一種實踐，重視將理論與實踐相關(guān)聯(lián)，強調(diào)學(xué)生通過觀察、調(diào)查、分析、評估、應(yīng)用等方式，運用科學(xué)概念解釋科學(xué)現(xiàn)象、解決科學(xué)問題?？茖W(xué)課堂從傳統(tǒng)的注重學(xué)生科學(xué)知識的理論學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)向?qū)W生通過親身探索、檢驗和運用科學(xué)知識、科學(xué)概念建構(gòu)科學(xué)理論和科學(xué)模型來解釋現(xiàn)象。美國國家研究理事會認為科學(xué)是社會實踐和認知實踐的綜合，強調(diào)在科學(xué)實踐中運用科學(xué)知識。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)的過程中不僅要能理解科學(xué)探究的基本特征，更要在社會實踐中應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，解決社會生活問題[22]。在NGSS中，科學(xué)實踐被細分為八個維度，每一個維度都注重學(xué)生的密切參與。可見，作為實踐的科學(xué)是“做”與“學(xué)”的結(jié)合[23]，學(xué)生個體與科學(xué)之間的互動是學(xué)生理解科學(xué)的基本途徑。因此，在教學(xué)實踐層面，科學(xué)實踐強調(diào)學(xué)生的自主實踐、有標準的實踐，注重學(xué)生學(xué)習(xí)自主性的積極發(fā)揮，在實踐過程中強調(diào)學(xué)生的綜合發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)的提升。這就要求教師在科學(xué)教學(xué)中力求避免割裂知識學(xué)習(xí)和實踐參與之間的互動，而應(yīng)該鼓勵學(xué)生通過自己的親身實踐，去發(fā)現(xiàn)問題、建立模型、進行解釋，從而最終解決問題。

可見，科學(xué)教學(xué)中的“科學(xué)實踐法”，必然包括真實的抑或是模擬的科學(xué)研究與探索，既有封閉的實踐、實驗室實驗，也包括開放的、想象的科學(xué)實踐;強調(diào)科學(xué)活動既是動腦學(xué)習(xí)科學(xué)知識的活動，同時也是一種“動身”的活動，是身心合一的活動——科學(xué)實踐既是一種理性的活動，亦包括非理性活動。因此，“科學(xué)實踐法”的基本形式除了科學(xué)思考、科學(xué)反思，還包括科學(xué)觀察、科學(xué)參觀、科學(xué)體驗、科學(xué)考察、技術(shù)操作、科學(xué)制作、科學(xué)實驗，也包括科學(xué)辯論、科學(xué)閱讀、科學(xué)寫作、科學(xué)表達、創(chuàng)造設(shè)計、綜合實踐，等等[24]。同時，按照科學(xué)知識學(xué)習(xí)的客觀要求，發(fā)現(xiàn)、提出、界定問題的能力是需要學(xué)生首先具備的，設(shè)計實驗、獲取數(shù)據(jù)、分析與解釋數(shù)據(jù)對學(xué)生來說也是至關(guān)重要的，因為這些涉及學(xué)生運用數(shù)學(xué)與計算思維的能力。在此基礎(chǔ)上，還涉及學(xué)生建立與運用模型、解釋和提出解決方案，根據(jù)證據(jù)討論、評價和交流信息等方面的能力。為了避免出現(xiàn)與科學(xué)探究類似的問題，NGSS中提到的這些實踐形式并非是程序化的，實踐程序的設(shè)定應(yīng)當(dāng)參考作為學(xué)習(xí)主體的學(xué)生的需求[25]，鼓勵學(xué)生通過自己的方式感知世界，讓他們通過實際操作和問題解決獲得相關(guān)知識經(jīng)驗[26]。

3 結(jié)束語

縱觀上述，我們從方法論的角度分析了科學(xué)實踐的層次性，以更好地指導(dǎo)科學(xué)教學(xué)。但這并非意味著，作為方法論的科學(xué)實踐意義遠遠大于其他意義?？茖W(xué)實踐是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的基本形式，也是學(xué)生個體與科學(xué)之間的互動方式，在這個過程中，實踐離不開與知識的結(jié)合，科學(xué)實踐的意義蘊含于追求科學(xué)知識的過程中——NGSS中多次提到的兩個關(guān)鍵概念：“學(xué)科核心概念”和“跨學(xué)科概念”正是說明了這一點。換句話說，科學(xué)實踐需要借助科學(xué)知識來實現(xiàn)對科學(xué)的理解和認知，否則會因為強調(diào)方法而忽視了其追求的本源，也會陷入科學(xué)探究同樣的窘境。因此，科學(xué)實踐雖然不會像科學(xué)探究那樣有著較為明確的教學(xué)過程或步驟，我們也僅僅闡釋了實踐的基本原則和形式，但它也不是“隨意的”實踐，而是“有規(guī)則”的實踐。

從方法論的角度看，科學(xué)實踐在科學(xué)教學(xué)中的實施呈現(xiàn)多個層次，教師只有從宏觀到微觀、從理念到實踐，全方位地掌握科學(xué)實踐的本質(zhì)涵義，它才能在科學(xué)教學(xué)中得到正確的落實，它才能成為學(xué)生深刻體驗和理解科學(xué)的一把“鑰匙”。否則，科學(xué)實踐也無法擺脫“跑偏”的命運。

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